化学平衡解题策略-高考化学二轮复习专项突破

2022年高考化学二轮（化学反应原理）专题突破讲与练

板块二化学反应速率与化学平衡

第五讲化学平衡解题策略

1.（1）按投料比2：1把SO?和02加入一密闭容器中发生反应2sO2（g）+CHg）12so3（g）,测得平衡时SO?的

转化率与温度T、压强p的关系如图甲所示：

100200300400500p/kPa

甲

①A、B两点对应的平衡常数大小关系为KA（填“或下同）KB；温度为小时,D点\仍正与vDiS

的大小关系为VD11iVD逆；

②］温度下平衡常数Kp=kPa*Kp为以分压表示的平衡常数，结果保留分数形式）。

⑵恒温恒容下，对于反应2sO2（g）+02（g）02SO3（g）,测得平衡时SO3的体积分数与起始喘的关系如图乙所

示,则当喘=1.5达到平衡状态时、SO?的体积分数是图乙中D、E、F三点中的________点。A、B两点SO?

ng）

转化率的大小关系为QA（填或"="）aB0

【解析】（1）①2s=吃SCh（g）反应放热，压强一定时，温度越低,SO2的转化率越大，所以T1VT2,该反

应的平衡常数K随温度升高而降低，所以KA>KB；温度为Ti时D点S02的转化率大于平衡转化率，所以反应

需要逆向移动达到平衡，即VD正WD逆。②选取C点计算T）温度下的Kp值，设SO2的起始加入量为2mol:

fc

2SO2（g）+O2（g）^=2SO3（g）

起始/mol210

转化/mol1.20.61.2

平衡/mol0.80.41.2

SO，％:一——=：O，%=———=-,SO^%=———=-o

0.8+0.4+1.230.8+0.4+1.260.8+0.4+1.22

由于分压二总压X物质的量分数，所以C平衡点各物质的分压分别为

p(SO2)Wpc,p(O2)Wpc,p(SO3片Pc,Kp=^g^啜喘kPa1。

⑵当反应物的投料比等于方程式的系数比即嗡=2时,SO3的平衡体积分数最大，所以当投料比嘴=1.5达

到平衡状态时,SO,的体积分数是在投料比空空=1时SCh的平衡体积分数的基础上继续增大，所以应该是D

71(。2)

点,由于从A到B只增加了SO?的量，所以SO2转化率的大小为a/ciB。

答案:⑴①〉<4(2)D>

2.全球碳计划组织(GCP,TheGlobalCarbonProject)报告称,2018年全球碳排放量约371亿吨，达到历史新高。

⑴中科院设计了一种新型的多功能复合催化剂,实现了CO2直接加氢制取高辛烷值汽油，其过程如图1所示。

%

/

M

a

y

款

C

O80

U

T\7273T4T$温度/K

图2

1

①已知:CCh(g)+H2(g)—CO(g)+H2O(g)AH=+41kJmol

2CO2(g)+6H2(g)---4H2O(g)+CHi~CH?(g)AH=I28kJmol1

则上述过程中CO和H)转化为CH，—CH)的热化学方程式是一

②下列有关CO2转化为汽油的说法，正确的是(填标号)。

A.该过程中,CO2转化为汽油的转化率高达78%

B.中间产物Fe3c2的生成是实现CO2转化为汽油的关键

C.在NaFeKh上发生的反应为CO2+H2-CO+H2O

D.催化剂HZSM5可以提高汽油中芳香烧的平衡产率

③若在一容器中充入一定量的C02和％,加入催化剂恰好完全反应,且产物只生成C5以上的烷烧类物质和水。

则起始时CO?和H?的物质的量之比不低于。

(2)研究表明,CO2和比在一定条件下可以合成甲醇。反应方程式为CO2(g)+3H2(g)fHQH(g)+H20(g)

AH<Oo一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0mol比,在不同催化剂作用下合成甲醉，相

同时间内CO2的转化率随温度变化关系如图2所示。

①该反应自发进行的条件是(填“高温F氐温”或“任意温度”)

②傕化效果最佳的催化剂是(填或"C");b点时,V„：v逆(填，“y"或“=”)。

③若容器容积保持不变,则不能说明该反应达到化学平衡状态的是。

a.c(CC)2)与c(H”的比值保持不变

b.V(CO2)it=V(H2O)j£

C.体系的压强不再发生变化

d.泡合气体的密度不变

e.有1molCO2生成的同时有断开3mol的H—H键

f.气体的平均相对分子质量不变

④已知容器内的起始压强为lOOkPa,若图2中c点已达到平衡状态,则该温度下反应的平衡常数

Kp二(只列出计算式、不要求化简,Kp为以分压表示的平衡常数，分压=总压x物质的量分数)。

【解析】(1)①已知：ICO2(g)+H2(g)~CO(g)+H2O(g)AII=+41kJmol,,

II2CO2(g)+6H2(g)---4H2O(g)+CH2-CH2(g)AH=128kJmoll根据盖斯定律HIx2得:2CO(g)+4H2(g)^----

1

CH2-CH2(g)+2H2O(g)AH=128kJmol

(+41kJmol')x2=210kJ-moll故热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)

1

---CH2-CH2(g)+2H2O(g)AH=210kJ-mol。

②由图示分析78%并不是表示CO2转化为汽油的转化率，故A错误;中间产物Fe3c2是无机物转叱为有机物

的中间产物,是转化的关键，故B正确;根据图1所示，在NaFe3()4上发生的反应应为CO?生成CO的反应，氨气

未参加反应，故C错误;催化剂HZSM5的作用是加快反应速率,对平衡产率没有影响，故D错误。③烧烧的通

式为CnH2n+2,假设只生成c6H14和根，则根据原子守恒知：6molCO2恰好完全反应生成1molC(>H]4和12moi

H2s(g)+C02(g),其中COS(g)的平衡转化率(a)与温度(7)的关系如图1所示。则A、B、C三点对应的状态

中MC0S)r(H2S)的是。(填标号)

(2)反应COS(g)+H2(g)一H2s(g)+CO(g)的正、逆反应的平衡常数(K)与温度(7)的关系如图2所示，其中表示

逆反应的平衡常数(K逆)的是(填"A”或"B")。力C时，问容积为10L的恒容密闭容器中充入2mol

COS(g)和1molHMg),发生反应,COS的平衡转化率为。

已知反应中相关的化学键键能数据如表：

化学键H—HC-O(COS)c-sHTC三O

E/kJmol14367455803391076

【解析】(1)根据化学反应平均速率公式判断,COS和H2s的化学计量数相等，二者化学反应速率相等,在整个

反应中，始终有WCOS)K(H2S),因此A、B、C三点对应的状态中j，(COS尸WES)的是ABC。

(2)反应的蛤变△H2=E(C—O)+E(C-S)+E(HH)2£(HS)E(00)-7kJ-moP,正反应吸热，随着温度升高，有利

于正反应进行，化学平衡常数增大，则A是正反应化学平衡常数,B为逆反应化学平衡常数，根据图象名"C时，

正逆反应的化学平衡常数相等响容积为10L的恒容密闭容器中充入2moicOS(g)和1molH?(g),发生反应,

由于正逆反应的化学平衡常数相等，则KkK>l,设反应转化了

xmol-L1的COS,

则有：COS(g)+H2(g)LH?S(g)+CO(g)

起始/molL0.20.100

转化/molLxxx.r

平衡/moblJ().2x0.lxAx

则右竿黑=洛芸「=1,可得户士则COS的平衡转化率为

C(H2)C(COS)(0.2-X)(0.1-X)15

—molL1

a=-^-x-l-O--O--%^33.3%o

C.ZmolL1

答案:⑴ABC(2)B33.3%

i

4.在四个恒容密闭容器中充入相应量的气体(图甲)，发生反应2N2O(g?=2N2(g)+O2(g)A”,容器I、H、HI

中N2O的平衡转化率如图乙所示：

(1)该反应的NH(填“>”或“<")0。

⑵容器IV与容器n【的体积均为1L.容器IV中的物质在470C下进行反应,起始反应速率，正(N2O)

例2。)(填或'J')。

(3)已知容器I的体积为10L,370C时，该反应的平衡常数K=o

【解析】(1)升高温度,NzO的转化率升高，则向正反应方向进行,则正反应为吸热反应，则A//>0o

(2)根据题给图象可知，同一温度下,从I、II、III变化中，一氧化二氮的转化率减小，因此IV中一氧化二氮转化

率也是戒小;容器IV的体积为IL,容器IV中的物质也在470℃下进行反应，则缩小体积，压强增大，平衡向逆方

向移动，即起始反应速率nMN2O)。说(N2O)O

(3)装器I的体积为10L,370℃时N?O的转化率为40%。

;5=i

2N2O(g)2N2(g)+O2(g)

起始(moMJ)0.0100

变化(moll?)0.0040.0040.002

平衡(moll?)0.0060.0040.002

所以二，电)。()。

K2(02_000420.002=8.9x103

22

一C(N2O)0.006

答案:(1)>(2)<(3)8.9x10。或高

AX/J

5.氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用，但同时乂是环境污染的主要物质，研窕其转化规

律一直是科学家们的热点话题。【可答下列问题:

⑴已知氮氧化物转化过程中的能量变化如图(图中表示生成2mHNO2的能量变化)。ImolNO氧化为NO2

的熔变A//=kJmol'o

(2)一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.40molNzQi,发生反应N2O4(g)^2NO2(g)A”=+QkJmol'-

段时间后达到平衡，测得数据如下:

时间/s20406080100

c(NO2)/(niolL')0.120.200.260.300.30

①。~40s内"NCh)=

②达平衡时，反应体系吸收的热量为kJ(用Q表示)。

③该温度下反应2NCh(g)iN2O4(g)的化学平衡常数K=o

(3)近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pl、Cu和钺(Ir)的催化作用下，密闭容

器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮(N),其工作原理如图所示。

钺(Ir)单原子弟

领单原子铜

气体中•Pt颗粒

福而

©Ir表面发生反应的方程式为__________________________________

②若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的结果是。

答案：⑴56(2)①0.005molLW②0.3Q③0.56

(3)①H,+N)O里圾N)+HQ②不利于降低溶液中的含氮量

解析:(1)由图可知,2molNO完全反应被氧化为二氧化氮放出热量180kJ68kJ=l121molNO氧化为

NO2放出的热量为56kJ,该反应的蛤变A"=56kJmolL

(2)①0~40s内,v(NC)2)=molL$1=0.005mol-L'-s10

②根据表中数据可知，达到平衡时NO2的平衡浓度为0.3moUJ,则反应生成NO2物质的量为().3

mol-L'x2L=0.6mol,根据热化学方程式可知，生成2molNO?吸收QkJ的热量，则达平衡时，反应体系吸收的热

量为x0.6mol=().3QkJ。

③根据题中数据有：

N2O4(g)-2NO2(g)

起始/(mol・U)0.20

反应/(molL)0.15().3

平衡0.050.3

该温度下反应N2O4(g)i2NO2(g)的化学平衡常数K==1.8,则反应2NO2(g)iN2Ch(g)的化学平衡常数

K=0.56。

(3)①由工作示意图可知,Ir表面上H?和N2O反应生成Nz和比0,反应的方程式为H2+N2O上工

N2+H2OO②由图可知，在Pt颗粒表面,N转化为馁根，若导电基体上的Pt颗粒增多,造成的后果是N更多转化

为佞根存在溶液中，不利于降低溶液中含嬴量。

6.甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醉柴油。工业上合成甲醇的方法很多。

(1)已知：

1

©CO2(g)+3H2(g)^CH3OH(g)+H2O(g)△”=49.0kJmol

1

②2co(g)+Ch(g)-2CO2(g)八"二566kJmol

③2H2(g)+Ch(g)-2H20(g)△”=483.6kJmol1

!1

则CO(g)+2H2(g)^=CH3OH(g)A//=kJmol

(2)一定条件下，在2L恒容密闭容器中投入1molCO和2mol比,发生反应CO(g)+2H2(g)-CH30H(g)。

①能说明该反应达到平衡状态的是(填序号)。

A.CH30H的体积分数保持不变

B.容器内的总压强保持不变

C.混合气体的密度保持不变

D.混合气体的平均摩尔质量保持不变

②达平衡后,维持容器的温度不变，将容器的容积扩大一倍，下列说法正确的是(填序号)。

A.平衡向正反应方向移动

B.CO的浓度增大

C.R衡常数不变

D.CO的物质的量增大

③维持容器的体积和温度不变，向密闭容器中加入轨气，达到新平衡时,CO、CH3OH的浓度之比将

(填“增大”“减小”或“不变.

④甲醉在混合气体中的平衡体积分数与温度、压强的变化关系如图:则〃3填或“=");300℃、

”3条件下，处于E点时V(正)「(逆)(填域“=");C点的平衡常数K=

250300350400450500550

温度/(

答案:⑴90.2(2)®ABD②CD③不变④v<48

l

解析:⑴巳知:®CO2(g)+3H2(g)^CH30H(g)+H2O(g)AH=49.0kJmol;®2CO(g)+O2(g)—2coMg)

l

AH=566kJ-mol;®2H2(g)+O2(g)-2H2O(g)A，=483.6kJmol'x[①x2+@@]得CO(g)+2H2(g)^CH3OH(gX

故AH=x[49.0x2+(566)(483.6)]kJmol'=90.2kJmol'o

(2)①由于恒容时，反应CO(g)-2H2(g)I：H30H(g)是一个气体分子数减小的反应,所以甲醇的体积分数

保持不变，可以说明反应达到平衡状态,A项正确;由于恒容时，反应CO(g)+2H2(g)-CHK)H(g)是一个气体分

子数减小的反应，所以容器内的总压强保持不变，可以说明反应达到平衡状态,B项正确;由于混合气体质量不

变落器容积不变,所以混合气体密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态,C项错误;由于反应前后气体分子

数不相等，质量相等，所以混合气体的平均摩尔质量保持不变，可以说明反应达到平衡.D项正确。②达平衡时,

保持温度不变，容器体积扩大一倍，各组分浓度均减小，分压也减小，平衡向逆反应方向移动,A项错误;达平衡

时，所有组分浓度均减小,B项错误;平衡常数只与温度有关,C项正确;平衡向左移动,CO物质的量增大,D项正

确。③恒容时充入情性气体,各组分分压并未改变，因此CO、CHQH的浓度之比将不变;④从B-D,甲醇的

体枳分数减小，说明要达到D点平衡向左移动，所以而<0；从E-D,甲醇体积分数减小，说明要达到D点平衡,

逆反应速率比正反应速率大，故I，(正)。(逆);C点平衡常数计算,设达到平衡时CO反应了xmol,列“三段式”计

算：

CO(g)+2H2(g)-ZH3OH(g)

初始/mol120

反应/molx2x

平衡7moiLv22x

平衡时甲醇的体积分数为50%,则x100%=50%a=0.75,/C==48o

7.丙烯是合成材料的重要原料,丙烷脱氢制取丙烯是目前常用方法之一。丙烷脱氢制丙烯的主要反应如下：

直接裂解：C3Hx(g)-C3H«g)+H2(g)△"=+124kJmol'

1

氯气氯化脱氢：2C3H8(g)+Ch(g)-2C3H6(g)+2H2O(g)AH=235kJmol

回答下列问题：

⑴才前直接裂解是丙烷脱氢制取丙烯的常用方法。直接裂解时,下列条件有利于提高C3H8平衡转化率的是—

(填标号)。

A.高温低压B.低温因压

C.高温高压D.低温低压

⑵制气氧化脱氢”相比于“直接裂解”的优点是(列举1点)。

(3)一定压强下，向一恒容密闭容器中充入1molC3H8和1molCO”平衡时各物质的物质的量与温度的关系如

图所示;

①在500〜800K之间，主要发生的反应为;823K以上主要发生的反应

为___________________

②一定压强下，向•密闭容器中充入一定量的C3H8和CO?发生反应:CCh(g)+C3H8(g)一

C3H6(g)+CO(g)+H2O(g)△从C3H8的平衡转化率在不同投料比［加=］下与温度的关系如图所示:

(填“V”或“>”)0；投料比从小到大的顺序为。

(4)丙烷分别在().1MPa和〃2MPa直接裂解，反应达到平衡时，丙烷和丙烯的物质的量分数随温度的变化关系

如图所示:

80

70

60

50

40

30

20

10

500510520530540550560570580590

温度

压强P2(填“v”或为(填化学式);a点温度下裂解反应的平衡常数扁尸

(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压一总压x物质的量分数)。

答案:⑴A(2)氧气氧化脱氢为放热反应,耗能少

⑶①3cO2+C3H8-6CO+4H2C3H3H6+比

②>W3<W2<W1(4)<C3H80.0125MPa

解析：(1)丙烷直接裂解是气体分子数增多的吸热反应，高温低压有利于平衡正向移动,可提高C3H8的平衡转化

率.故选A。

(2)氧气氧化脱氧为放热反应，耗能少。

(3)①据图可知在500~800K之间,C3H6极少，主要产物为CO、H2,主要发生的反应为3cO2+C3H8-

6C0+4H2；据图可知823K以上时C3H6的含量增多，而CO的含量基本不变，说明823K以上有利于直接裂解,

主要发生的反应为C3H81c3H6+H2。②相同投料比时，随温度升高C3H8的平衡转化率增大，说明升高温度有

利于该反应正向进行，则正反应为吸热反应,△”>();相同温度下，当GHg的量不变时，增大CO2的量平衡正向移

动,C3Hx的平衡转化率增大，所以防越大,C3H8的平衡转化率越大，则mV，〃l。

(4)丙烷直接裂解反应为气体分子数增多的反应，增大压强平衡逆向移动,C3H8增多，所以P2V0.1；丙烷直接

裂解反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动,C3H8减少,B、D为C3H8；设起始C3Hx的物质的量为amol,则：

C3H8（g）=X3H6（g）+H2（g）

起始/mola00

转化/molXXX

平衡7moiaxXX

a点时C3H8的物质的量分数为50%,则=50%产;所以C3H8、C3H八H2平衡分压分别为0.1MPax、0.1

MPax、0.1MPax,则际==0.0125MPa。

8.合成气是一种重要的化工原料气，可以合成甲醇、甲酸甲酯、二甲醛等化工产品。甲烷、二氧化碳自热重

整制合成气的主要反应有：

1

I.CH4(g)+2O2(g)—*CO2(g)+2H2O(g)A//i=820.6kJmol

1

II.CH4(g)+CO2(g)-2CO(g)+2H2(g)AH2=+247.3kJmol

1

IILCH4(g)+H2O(g)^CO(g)+3H2(g)AH3=+206.1kJmol

i

I\'.CO2(g)+H2(g)^=CO(g)+H2O(g)AH4

回答下列问题：

⑴反应IV的NHFkJ-mol'<)

(2)-■定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入2molCH«g)、1mol82(g)、1mol出0(。和适量O2(g)

发生上述反应，达到平衡时，容器中CH£g)为amol,CCh(g)为bmol^CXg)为cmol,此时CO(g)的浓度为

molL(用含a、b、c、V的代数式表示，下同)，反应IV的平衡常数为。

(3)不同温度下，向体积为VL的含少量Ch的密闭容器按照H(CO2)：n(CH4)=l：1投料，实验测得平衡时〃(七)：

〃(CO)随温度的变化关系如图1所示:

(.10

o.05

eo

.0・0

M

Eo

W9•5

o

9•0

O85

8•0

0.75

600700800900100011001200

温度/1

图1

100

80

学60

兽40